trykkvannsreaktorer, som alle termiske reaktorkonstruksjoner, krever at de raske fisjonsnutronene reduseres (en prosess som kalles moderering eller termalisering) for å interagere med atombrenselet og opprettholde kjedereaksjonen. I PWRs brukes kjølevannet som moderator ved å la nøytronene gjennomgå flere kollisjoner med lette hydrogenatomer i vannet, og miste fart i prosessen. Denne «modererende» av nøytroner vil skje oftere når vannet er tettere (flere kollisjoner vil oppstå). Bruk av vann som moderator er en viktig sikkerhetsfunksjon Ved PWRs, da en økning i temperaturen kan føre til at vannet ekspanderer, noe som gir større hull mellom vannmolekylene og reduserer sannsynligheten for termalisering — og dermed reduserer i hvilken grad nøytroner reduseres og dermed reduserer reaktiviteten i reaktoren. Derfor, hvis reaktiviteten øker utover normal, vil den reduserte modereringen av nøytroner føre til at kjedereaksjonen senker, noe som gir mindre varme. Denne egenskapen, kjent som den negative temperaturkoeffisienten av reaktivitet, gjør PWR-reaktorer svært stabile. Denne prosessen kalles ‘Selvregulerende’, dvs. jo varmere kjølevæsken blir, jo mindre reaktiv anlegget blir, slår seg litt ned for å kompensere og omvendt. Dermed styrer anlegget seg selv rundt en gitt temperatur satt av styrestangens posisjon.
I kontrast har RBMK-reaktordesignet som brukes Ved Tsjernobyl, som bruker grafitt i Stedet for vann som moderator og bruker kokende vann som kjølevæske, en stor positiv termisk reaktivitetskoeffisient som øker varmeproduksjonen når kjølevannstemperaturen øker. DETTE gjør RBMK-designen mindre stabil enn trykkvannreaktorer. I tillegg til egenskapen til å senke nøytroner når de tjener som moderator, har vann også en egenskap for å absorbere nøytroner, om enn i mindre grad. Når kjølevannstemperaturen øker, øker kokingen, noe som skaper hulrom. Dermed er det mindre vann å absorbere termiske nøytroner som allerede har blitt bremset av grafitt moderator, forårsaker en økning i reaktivitet. Denne egenskapen kalles voidkoeffisienten av reaktivitet, og I EN RBMK-reaktor som Tsjernobyl er voidkoeffisienten positiv og ganske stor, noe som forårsaker raske transienter.Denne utformingen karakteristisk FOR RBMK reaktoren er generelt sett på som en av flere årsaker Til Tsjernobyl-katastrofen.
Tungtvann har svært lav nøytronabsorpsjon, så tungtvannsreaktorer har en tendens til å ha en positiv voidkoeffisient, selv OM CANDU-reaktordesignen reduserer dette problemet ved å bruke uanriket, naturlig uran; disse reaktorene er også designet med en rekke passive sikkerhetssystemer som ikke finnes i den opprinnelige RBMK-designen.
Pwr er utformet for å opprettholdes i en undermoderert tilstand, noe som betyr at det er rom for økt vannvolum eller tetthet for ytterligere å øke modereringen, fordi hvis moderering var nær metning, kan en reduksjon i tetthet av moderatoren/kjølevæsken redusere nøytronabsorpsjonen betydelig, samtidig som modereringen bare reduseres litt, noe som gjør voidkoeffisienten positiv. Også lett vann er faktisk en noe sterkere moderator av nøytroner enn tungtvann, selv om tungtvannets nøytronabsorpsjon er mye lavere. På grunn av disse to fakta har lette vannreaktorer et relativt lite moderatorvolum og har derfor kompakte kjerner. En neste generasjons design, den superkritiske vannreaktoren, er enda mindre moderert. Et mindre moderert nøytronenergispektrum forverrer fangstforholdet for 235U og spesielt 239Pu, noe som betyr at flere fissile kjerner ikke fisjonerer på nøytronabsorpsjon og i stedet fanger nøytronet til å bli en tyngre ikke-fissil isotop, kaster bort en eller flere nøytroner og øker akkumuleringen av tunge transuranske aktinider, hvorav noen har lange halveringstider.
Drivstoffrediger
etter anrikning, uran dioxide (UO
2) pulver er avfyrt i en høy temperatur, sintring ovn for å lage harde, keramiske pellets av anriket uran dioxide. Sylindriske pellets er så kledd i en korrosjonsbestandig zirkonium metall legering Zircaloy som er fylt med helium å hjelpe varmeledning og oppdage lekkasjer. Zircaloy er valgt på grunn av dets mekaniske egenskaper og dets lave absorpsjonstverrsnitt. De ferdige drivstoffstengene er gruppert i brenselsaggregater, kalt drivstoffbunter, som deretter brukes til å bygge kjernen i reaktoren. En typisk PWR har brenselsaggregater på 200 til 300 stenger hver, og en stor reaktor vil ha ca 150-250 slike forsamlinger med 80-100 tonn uran i det hele tatt. Vanligvis består drivstoffbuntene av drivstoffstenger som er samlet 14 × 14 til 17 × 17. En PWR produserer i størrelsesorden 900 til 1600 MWe. PWR drivstoffbunter er ca 4 meter lange.
Refuelings for de fleste kommersielle PWRs er på en 18-24 måneders syklus. Omtrent en tredjedel av kjernen er erstattet hver tanking, selv om noen mer moderne tanking ordninger kan redusere fylle bensin tid til et par dager og tillate tanking å skje på en kortere periodisitet.
ControlEdit
I PWRs reaktorkraft kan sees på som følgende damp (turbin) etterspørsel på grunn av reaktivitet tilbakemelding av temperaturendringen forårsaket av økt eller redusert dampstrøm. (Se: Negativ temperaturkoeffisient. Bor – og kadmiumkontrollstenger brukes til å opprettholde primær systemtemperatur på ønsket punkt. For å redusere effekten, lukker operatøren turbininnløpsventiler. Dette vil resultere i mindre damp blir trukket fra dampgeneratorer. Dette resulterer i at primærsløyfen øker i temperatur. Den høyere temperaturen fører til at tettheten av primærreaktorens kjølevannvann reduseres, noe som gir høyere nøytronhastigheter, dermed mindre fisjon og redusert effektutgang. Denne reduksjonen av effekt vil til slutt resultere i primær system temperatur tilbake til sin tidligere steady-state verdi. Operatøren kan styre steady state driftstemperatur ved tilsetning av borsyre og / eller bevegelse av styrestenger.
Reaktivitetsjustering for å opprettholde 100% effekt når drivstoffet brennes opp i de fleste kommersielle Pwr-er, oppnås normalt ved å variere konsentrasjonen av borsyre oppløst i det primære reaktorkjølevæsken. Bor absorberer lett nøytroner og øker eller reduserer konsentrasjonen i reaktorens kjølevæske vil derfor påvirke nøytronaktiviteten tilsvarende. Et helt kontrollsystem som involverer høytrykkspumper (vanligvis kalt lade-og letdown-systemet) er nødvendig for å fjerne vann fra høytrykks primærsløyfen og injisere vannet tilbake med forskjellige konsentrasjoner av borsyre. Reaktorkontrollstavene, satt inn gjennom reaktorfartøyets hode direkte inn i drivstoffbuntene, flyttes av følgende grunner:for å starte opp reaktoren,for å stenge ned de primære kjernereaksjonene i reaktoren, for å imøtekomme kortsiktige transienter, for eksempel endringer for belastning på turbinen,
kan kontrollstavene også brukes til å kompensere for kjernefysisk giftbeholdning og for å kompensere for uttømming av atombrensel. Imidlertid er disse effektene mer vanligvis innkvartert ved å endre den primære kjølevæske borsyre konsentrasjon.
I motsetning Har Bwr ingen bor i reaktorkjølevæsken og styrer reaktorkraften ved å justere reaktorens kjølevæskestrømningshastighet.